本文作者：观测云资 深系统开发工程师 熊豹
2023 年 4 月 23 日，观测云正式发布自研时序数据库 GuanceDB，并在当天应用到了观测云所有 SaaS 节点的底座。此次升级性能提升的效果立竿见影，对比之前使用 InfluxDB 的环境资源占用大幅降低、查询性能显著提升，我们成功地吃上了自己的狗粮。
我们也深知 talk is cheap show me the benchmark 的道理，这里发布我们在近期完成的 GuanceDB 性能压测报告。
压测方案说明
本次测试的目标是对比 GuanceDB、InfluxDB 和某知名开源时序数据库（简称 xxDB）在相同的写入负载和查询条件下的性能表现及资源占用情况。
关于测试工具：
我们对比 tsbs、prometheus-benchmark 两种时序数据库的压测方案。
其中 prometheus-benchmark 构造了更偏真实环境的持续写入负载，指标数值的变化也更真实，所以我们主要参考 prometheus-benchmark 来构造本次测试。
原 prometheus-benchmark 方案中使用了 vmagent 来抓取和写入指标，但我们今天测试的 3 种数据库对 Prometheus 写入协议支持力度不一，没法一起比较。所以我们对 vmagent 进行了一些改造，让其支持了 InfluxDB 的行写入协议。
本次测试的最终方案如下：
1.部署的一个单机的 node-exporter ，其暴露宿主机的 1383 个真实指标
2.部署 Nginx 反代并缓存 node-exporter 结果 1s，降低频繁请求的压力
3.调整 agent 的抓取配置，模拟生成不同的 node-exporter 实例数以生成不同的写入负载
4.agent 以相同的请求大小、频率将数据同时以 influx 协议 http 接口写入三种时序数据库
软件版本：
1.GuanceDB: v1.0.0
2.InfluxDB: v1.8.10
3.xxDB
主机配置：
1.压测机：1 台阿里云 ecs.g7.16xlarge 云主机：64 core，128 GB RAM
2.存储集群：3 台阿里云 ecs.g7.4xlarge 云主机：16 core，64 GB RAM，200 GB PL1 类型 ESSD
部署方式：
因为 InfluxDB 的开源版本不支持集群模式，所以我们也将分两组进行测试。一组是 InfluxDB 与 GuanceDB、xxDB 的单机版本对比，另一组是 GuanceDB 与 xxDB 的集群模式进行对比，集群模式都使用 3 个存储节点。
参数优化：
GuanceDB 对大部分场景都做了自动调优，所以我们不用手动调整配置。
InfluxDB 默认对高基数场景做了一些保护，我们调整 max-series-per-database = 0 放开了限制，cache-max-memory-size 增大到了 10g，并且开启 tsi1 索引。
xxDB 我们也参考文档进行了针对性的调优。
至此完成所有配置，开始测试。
写入测试
●单机组
本组测试进行的测试轮次比较多，这里我们挑选某一轮展示详细监控截图。
在此轮测试中，我们虚拟了 344 个 node-exporter 实例，生成大约 50w 条活跃时间线，5s 抓取一次，时序点写入 QPS 10w。
GuanceDB 资源开销：CPU 占用率 2%，内存占用约 3 GB。
InfluxDB 资源开销：CPU 占用率 16%，内存占用约 7.4 GB。
xxDB 资源开销：CPU 占用率 61%，内存占用 9 GB。
汇总结果表格如下：
完成了限定性能的测试场景后，我们很好奇要多大的压力才能将各台数据库主机的资源打满，尤其对 GuanceDB，响应 10w 写入 QPS 仅仅花费了 2% 的 CPU 开销，它的性能上限在哪里？随即我们开始加大 QPS，当各台主机的 CPU，内存和磁盘若有一项被打满时，即被认为到达瓶颈。
实际测试结果都是主机的 CPU 先被打满，此时内存占用和磁盘写入带宽都还有余量，所以我们就以 CPU 利用率为瓶颈指标画出以下对比图：
在单机场景下，当 CPU 达到满载时，xxDB 的写入 QPS 约 15w，InfluxDB 约 90w，GuanceDB 约 270w。本轮 GuanceDB 获得第 一，写入性能是 InfluxDB 的 3 倍。也可以看到在 CPU 利用率超过 20% 后，性能不再呈线性增长，都有一定程度衰退。
●集群组
我们按照之前的方法继续测试 3 节点集群：
在集群场景下，仍然是 CPU 利用率先达到瓶颈。同样在 CPU 满载情况下，GuanceDB 此时的写入 QPS 约为 860w，xxDB 约为 45w。
对比之前 GuanceDB 和 xxDB 的单机写入性能测试，理想情况下 N 个节点的集群版的写入性能应该是单机版的 N 倍，呈线性增长，实测 3 节点集群符合性能预期。
查询测试
查询测试将混合单机 InfluxDB、集群版 GuanceDB、集群版 xxDB 一起进行。集群一般可以将数据和查询分摊并可以在节点之间并行查询，理论上这个测试方式对 InfluxDB 不太公平，但条件受限，暂且这么设计。
我们虚拟 688 个 node-exporter 实例，生成大约 100w 个活跃时间线，5s 抓取一次，时序点写入 QPS 20w。在持续写入 24 小时后，我们再测试一些常见语句的查询性能和对比存储空间占用。
GuanceDB 同时支持 DQL 和 PromQL 两种查询语法。DQL 是观测云自研的多模数据查询语言，同时支持指标、日志、对象等多种类型负载数据的查询和分析，语法表达非常简洁。语法设计上跟 SQL 接近，但更加适应时序分析场景，学习曲线平滑。
这里我们一共对比了四种查询语法在相同语义的 1h、8h、24h 不同时间范围下的响应时间：
查询 1 响应时间：
注：图示中 0ms 表示响应时间不到 1ms。
查询 2 响应时间：
查询 3 响应时间：
注：图示中 -1ms 表示请求响应时间超过了 60s 不计数。
空间占用对比
在上述的查询测试构造的写入压力（活跃时间线 100w，时序点写入 QPS 20w）下，运行 24 小时后，我们对比存储空间占用。
总结
经过数轮的写入和查询性能测试，相信各位对 GuanceDB 的综合性能表现已经有了比较清晰的认识了。GuanceDB 对比 InfluxDB 写入性能提升 3 倍，存储空间占用减少 68%，查询性能提升 30 倍以上。GuanceDB 相比 xxDB 提升则更明显，背后的原因是 xxDB 虽然明面上是支持了 Schemaless 数据的写入，但是对 Schemaless 的场景明显优化不足，所以表现欠佳。
GuanceDB 的优异性能来自于我们构建的有效的火山模型查询引擎、SIMD 指令加速、对 Schemaless 数据的最 优先支持等，也因为我们站在了 VictoriaMetrics 的肩膀上。非常感谢 VictoriaMetrics 开源社区对我们的支持，我们将持续贡献回报社区，共同促进可观测领域技术的发展与进步。
我们在 5 月中下旬也将发布 GuanceDB 的单机版本，欢迎大家到时关注和测试。如有同学对 GuanceDB 感兴趣，或有任何疑问，可以随时站内和我联络，或者在观测云社群里沟通。
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